موتورهای شارژ محوری چرا در خودروهای الکتریکی مورد توجه هستند؟

موتورهای شارش محوری که دو تا چهار برابر گشتاور بیشتر در همان حجم به دست می آورند، مرز جدیدی برای چگالی توان در خودروهای برقی ترسیم می کنند.
موتورهای شارش محوری که دو تا چهار برابر گشتاور بیشتر در همان حجم به دست می آورند، مرز جدیدی برای چگالی توان در خودروهای برقی ترسیم می کنند.

این صفحه را به اشتراک بگذارید

در موتورهای شار محوری، شار مغناطیسی موازی با محور چرخش موتور جریان مییابد؛ بر خلاف شار شعاعی (طوقهای) در موتورهای کلاسیک شار شعاعی، از یک روتور دیسکی به شکل خطی مستقیم از قطبی به قطب دیگر میرود. این مسیر کوتاه شار و قطر فعال بزرگ، امکان استخراج گشتاور و توان بیشتر از همان حجم را فراهم میکند؛ به همین دلیل معماری شار محوری در خودروهای الکتریکی دارای عملکرد محور، روزبهروز بیشتر مورد بحث قرار میگیرد. اما چرا در همه خودروها استفاده نمیشود و هنوز فقط در مدلهای منتخب به کار میرود؟

نکات برجسته

  • در طراحی مناسب، موتورهای شار محوری میتوانند نسبت به معادلهای شار شعاعی 2 تا 4 برابر چگالی گشتاور بیشتری داشته باشند.
  • در نمونه اولیه آزمایشگاهی، توان 550 کیلووات، توان، جرم 13.1 کیلوگرم و جرم و چگالی توان 42 کیلووات بر کیلوگرم گزارش شده است.
  • مرسدس-بنز تولید انبوه سری موتورهای شار محوری را در ژوئن 2026 در برلین-مارینفله آغاز کرد.
  • مدیریت حرارتی و پیچیدگی تولید، گلوگاههای اصلی این معماری به شمار میروند.

شار محوری چیست و چه تفاوتی با شار شعاعی دارد؟

در هر موتور الکتریکی، شار مغناطیسی از آهنربا خارج شده، از هوای فاصله (گپ) عبور میکند، به سیمپیچها میرسد و با طی کردن مسیری بسته بازمیگردد. تفاوت در هندسه این مسیر است. در موتور شار شعاعی - که امروزه توپولوژی غالب خودروهای الکتریکی است - استاتور یک بسته استوانهای است و شار در جهت شعاعی استوانه، یعنی عمود بر محور چرخش عبور میکند. شار در حال حرکت از یک قطب روتور به دندانه استاتور، از پشت آهن استاتور (یوک) به دندانه دیگر و از آنجا به قطب دیگر روتور، مسیری طولانی را طی میکند.

اما در موتور شار محوری، روتور و استاتور به دیسکهایی تبدیل میشوند که در امتداد شفت در کنار هم قرار گرفتهاند؛ هوای فاصله نیز مسطح (صفحهای) است. شار از هوای فاصله مستقیماً و موازی با محور، از قطبی به قطب دیگر میرود. این مسیر کوتاه، مقاومت مدار مغناطیسی را کاهش میدهد، به حفظ قدرت آن کمک میکند و بازده و چگالی توان را افزایش میدهد. همچنین چون مسیر شار یکنواخت است، میتوان از ورق فولاد الکتریکی با جهتگیری بلور (تیغهجهت) استفاده کرد؛ این ماده نفوذپذیری مغناطیسی بالاتری ارائه میدهد و با کاهش تلفات آهن، تا 2 درصد افزایش بازده به همراه دارد.

پیکربندیهای رایج

ماشینهای شار محوری در سه چیدمان اصلی تولید میشوند:

  • تک استاتور - تک روتور: سادهترین ساختار، اما جذب مغناطیسی یکطرفه روتور را تحت فشار قرار میدهد و به یوک نیاز دارد.
  • دو استاتور - تک روتور: دو استاتور روتور را از دو طرف احاطه میکنند؛ جذب مغناطیسی متعادل میشود و در کاربردهای پرتوان، رایجترین انتخاب است.
  • تک استاتور - دو روتور: نیاز به یوک را از بین میبرد؛ ساختاری سبکتر و بازدهتر ارائه میدهد.

چرا گشتاور بیشتری از همان حجم به دست میآید؟

گشتاور حاصلضرب نیرو در شعاع است. در موتور شار شعاعی، چون ماده فعال درون یک بسته استوانهای قرار دارد، سطوح تولیدکننده گشتاور با مجذور قطر مقیاسپذیرند. اما در طراحی شار محوری، ماده فعال میتواند در ناحیه وسیعی به سمت شعاع بیرونی دیسک گسترش یابد و گشتاور با مکعب قطر روتور افزایش مییابد. برای همان حجم نصبشده، سطح مغناطیسی و سطح خنککاری نیز بزرگتر است.

با اعداد نگاه کنیم: بسته به موتور، موتورهای شار محوری میتوانند 2 تا 4 برابر چگالتر از موتورهای استاندارد شار شعاعی از نظر گشتاور باشند. چشمگیرترین نمونه اولیه، 550 کیلووات (738 اسب بخار) تولید می‌کند و تنها 13.1 کیلوگرم وزن دارد یک موتور: 42 کیلووات بر کیلوگرم چگالی توان، که تاکنون به‌عنوان بالاترین مقدار اعلام‌شده معرفی می‌شود. برای مقایسه، موتور 500 کیلوواتی یکی از رقبای متمرکز بر برد و بازدهی 31.4 کیلوگرم وزن و سطح 16 کیلووات بر کیلوگرم دارد. نمونه‌ای نزدیک به تولید انبوه نیز محتاطانه‌تر است: یک موتور پشته‌شدنی 37 کیلوگرمی با گشتاور 800 نیوتن‌متر و طول محوری 98 میلی‌متر، چگالی بالای 5 کیلووات بر کیلوگرم ارائه می‌دهد.

موتورتوان اوججرمچگالی توان
موتور شارژ محوری نمونه اولیه (2025)550 کیلووات13.1 کیلوگرم42 کیلووات بر کیلوگرم
موتور مرجع شارژ شعاعی (سگمنت بالا)500 کیلووات31.4 کیلوگرم16 کیلووات بر کیلوگرم
موتور شارژ محوری متمرکز بر تولید انبوه-37 کیلوگرم>5 کیلووات بر کیلوگرم
موتور شارژ محوری کلاس هوانوردی (بازه نمونه)--4.58–5.02 کیلووات بر کیلوگرم

نتیجه‌گیری از جدول روشن است: شارژ محوری در چگالی توان اوج به‌وضوح پیشتاز است؛ اما این برتری برای هر دور موتور و هر نقطه بهره‌برداری صادق نیست. در دورهای پایین، شارژ محوری گشتاور بهتری ارائه می‌دهد، در حالی که در دورهای بالا شارژ شعاعی می‌تواند توان بیشتری تولید کند. همچنین شارژ محوری در هر نقطه بهره‌برداری به‌طور خودکار بازدهی بیشتری ندارد؛ بازدهی به طراحی، مواد، سرعت و استراتژی خنک‌کاری بستگی دارد.

چرا موتورهای شارژ محوری در خودروهای برقی موضوع بحث هستند؟

چون محصولات ملموس در سگمنت پرفورمنس اکنون در راه هستند. Mercedes-AMG GT 4-Touring Coupe به‌عنوان یکی از نخستین کاربردهای تولید انبوه با موتور شارژ محوری برجسته است؛ اعلام شده که نسخه آن با سه موتور شارژ محوری 860 کیلووات (1169 اسب بخار) توان اوج تولید می‌کند. این شرکت در ژوئن 2026 تولید انبوه در مقیاس بزرگ این موتورها را در کارخانه برلین-مارینفله آغاز کرد و اعلام کرد که تولید نیازمند دقت فوق‌العاده، قابلیت اطمینان فرآیند و اتوماسیون است. در مرحله مفهومی، اعلام شد که موتورهای AMG GT XX Concept که سه موتور شارژ محوری دارد، سه برابر چگالی توان و یک‌سوم وزن کمتر دارند؛ پلتفرم AMG.EA این موتورها را با سلول‌های باتری خنک‌شونده مستقیم ترکیب می‌کند.

دلیل دوم، آزادی بسته‌بندی‌ای است که این توپولوژی ارائه می‌دهد. موتورهای شارژ محوری را می‌توان به‌صورت دیسک‌های نازک پشته کرد؛ طولی کوتاه مانند 98 میلی‌متر در محور، امکان قرارگیری یک موتور در درون درایوترین پرتراکم را فراهم می‌کند. همین هندسه برای موتورهای درون‌چرخی نیز جذاب است: جرم پایین آن‌ها، به این دلیل که جرم توزیع‌شده در سیستم تعلیق را زیاد افزایش نمی‌دهد، شارژ محوری را به یکی از قوی‌ترین نامزدهای معماری درون‌چرخی تبدیل می‌کند - هرچند توسعه‌دهندگان رقیبی نیز هستند که روی موتورهای درون‌چرخی شارژ شعاعی بی‌تکرار و دو روتوره کار می‌کنند و این بحث معماری همچنان ادامه دارد.

مرجع سوم هوانوردی است. یک هواپیمای رکوردشکن سرعت برقی با سه موتور شارژ محوری پرواز کرد؛ تأمین‌کنندگان موتور با اهداف 50 کیلووات بر کیلوگرم برای کلاس هوانوردی کار می‌کنند. گرایش خودرو و هوانوردی به یک توپولوژی واحد، علاقه جامعه مهندسی و کنجکاوی افکار عمومی را افزایش می‌دهد.

دنباله‌روی از YASA

YASA - نامش از معماری Yokeless and Segmented Armature می‌آید و امروزه زیرمجموعه Mercedes-Benz است - شناخته‌شده‌ترین نام شار محوری در خودروسازی. موتورهای آن Koenigsegg Regera, Ferrari SF90 Stradale و 296 GTB, Lamborghini Revuelto و McLaren Artura در خودروهای هیبریدی و الکتریکی پرقدرت استفاده شد؛ در کانسپت Jaguar C-X75 نیوز وجود داشت. اینکه همه این خودروها در بخش عملکردی هستند تصادفی نیست: این فناوری هنوز گران و ساخت آن دشوار است، بنابراین ابتدا وارد بخش بالایی بازار می‌شود.

موانع پیش روی تولید انبوه

Aksiyel akı motorların henüz her garajda olmamasının sebebi mühendislik zekâsı değil, onlarca yıllık üretim zincirine sahip radyal akı rakiplerinin olgunluğudur.

مزیت الکترومغناطیسی یک چیز است؛ مقیاس‌بندی آن به صدها هزار عدد چیز دیگری. دلایل مشخصی وجود دارد که چرا شار محوری نتوانسته آزاد شود:

  • محدودیت‌های مکانیکی: دیسک روتور بزرگ، اینرسی زیاد و نیروهای گریز از مرکز جدی ایجاد می‌کند و می‌تواند حداکثر دور را محدود کند. دیسک‌های روتور باید تنش مکانیکی و تلرانس سختگیرانه فاصله هوایی را تحمل کنند.
  • دقت ساخت: تیخی، هم‌محوری، بالانس و کنترل تلرانس نسبت به شار شعاعی بحرانی‌تر است. سگمنت‌های شکل گوه‌ای می‌توانند به توزیع نامنظم شار منجر شوند و سگمنت‌هایی که به سمت مرکز باریک می‌شوند، جای سیم‌پیچ را محدود می‌کنند.
  • هزینه: فرآیندهای پرهزینه چسباندن و مونتاژ، رسیدن بسیاری از کانسپت‌ها به تولید انبوه را متوقف کرد. خودروسازان برای تولید انبوه منتظر اثبات قابلیت اطمینان بلندمدت هستند.
  • شکاف بلوغ: موتورهای شار شعاعی زنجیره تولیدی چند دهه‌ای با تعداد زیادی تأمین‌کننده دارند؛ اما تجهیزات تولید شار محوری کمتر بالغ هستند.

مدیریت حرارتی: محدودیت تعیین‌کننده

پیکربندی فشرده محوری، سطح دفع حرارت را محدود می‌کند. برای عملکرد پیوسته، مدیریت حرارتی به‌عنوان یک محدودیت تعیین‌کننده شناخته‌شده در متون علمی تعریف شده است و به دلیل چگالی حرارتی بالا، روی راهکارهای خنک‌کاری مایع کار می‌شود. داشتن سطح خنک‌کاری بزرگ‌تر برای همان حجم مزیت محسوب می‌شود، اما هندسه منابع حرارتی با شار شعاعی متفاوت است و قرارگیری کانال‌های خنک‌کاری در صفحه دیسک، یک مسئله طراحی جداگانه ایجاد می‌کند. نتیجه عملی: موتورهای شار محوری توان بیشینه خود را به‌راحتی در بازه‌های کوتاه ارائه می‌دهند، اما توان پیوسته آن‌ها را محدوده حرارتی تعیین می‌کند.

گشتاور Cogging و صوت

در موتورهای محوری با آهنربای دائم، گشتاور cogging - نوسان گشتاوری ناشی از تمایل روتور به هم‌ترازی آهنرباها با دندانه‌های استاتور - می‌تواند منبع لرزش و نویز صوتی در دور پایین باشد. تکنیک‌های کاهش مانند الگوهای قطب آهنربای متناوب موجودند؛ این یک لایه بهینه‌سازی طراحی اضافه بر تلرانس‌های ساخت است.

توسعه‌های روز و مرزهای تأییدنشده

حاشیه پیشرو این معماری در حال گسترش است. در ژوئن 2026، محققان چینی در دور 18000 25.73 kW/kg'a ulahti... به گزارش‌ها رسیده است که به 42 کیلووات بر کیلوگرم رسیده و کاهش اندازه محوری با حدود 50 درصد وزن کمتر در مقایسه با موتورهای سنتی را فراهم کرده است؛ این ارقام بر پایه اخبار ثانویه‌ای است که هنوز به طور مستقل تایید نشده‌اند. ادعاهایی مانند زمان شتاب‌گیری 0 تا 100 کیلومتر بر ساعت که در شبکه‌های اجتماعی دست به دست می‌شود نیز در انتظار تایید رسمی هستند. از سوی دیگر، در حوزه هوانوردی گام‌های محکم‌تری برداشته شده است: در سال 2025، یک توسعه‌دهنده هواپیمای باری به طور رسمی اعلام کرد که موتور خود را از یک تامین‌کننده متخصص موتورهای شارش محوری خریداری خواهد کرد.

متخصصان توپولوژی هشدار مهمی دارند: این پرسش که آیا شارش محوری از نظر الکترومغناطیسی برتر است یا خیر، به خودی خود پرسش اشتباهی است. موتور یک عنصر سیستمی است؛ اگر همراه با اینورتر، خنک‌کاری، گیربکس و هزینه تولید، ارزش سیستمی ایجاد نکند، مزیت آن به صورت خودکار محقق نمی‌شود. به همین دلیل بیشتر تحلیلگران پیش‌بینی می‌کنند که شارش شعاعی به عنوان اسب کار اصلی باقی خواهد ماند و شارش محوری در بخش‌های عملکردی و niche زمین به دست خواهد آورد.

نتیجه‌گیری: مزیت واقعی است، اما راه درازی در پیش است

معماری شارش محوری بر دلیل موجهی در سمت فیزیک استوار است: مسیر شارش کوتاه، قطر فعال بزرگ و رشد گشتاور با مکعب قطر. مقادیر نمونه‌ای که به 42 کیلووات بر کیلوگرم رسیده‌اند نشان می‌دهند که این مزیت یک افسانه نیست. اما همین فیزیک، روتور پهن، مدیریت حرارتی دشوار و تلورانس‌های تولید دقیق را نیز به همراه می‌آورد. نتیجه امروز چنین است: موتورهای شارش شعاعی با بازده، هزینه و بلوغ تولید، جریان اصلی را پیش می‌برند؛ در حالی که شارش محوری در هر جایی که گشتاور بالا و چگالی توان تعیین‌کننده است - خودروهای عملکردی، معماری‌های درون‌چرخی و هوانوردی الکتریکی - به عنوان یک جایگزین قدرتمند پیش می‌رود. تولید انبوه در مقیاس بزرگ که Mercedes-Benz در سال 2026 آغاز کرده، نخستین آزمون جدی فرآیند خروج این توپولوژی از مرحله niche خواهد بود.

منابع